非均匀饱和广义湿位涡在暴雨分析与预测中的应用

考虑实际大气非均匀饱和特性, 通过引入广义位温及广义湿位涡方程, 对华北暴雨和江淮梅雨锋暴雨的发生及落区进行了广义湿位涡异常的诊断分析, 表明暴雨形成时大气低层有广义湿位涡的异常出现。对广义湿位涡倾向的计算表明:它对暴雨的发生有一定指示作用, 因而可利用广义湿位涡的异常来识别暴雨的出现。     

广义湿位涡与暴雨落区预报的诊断分析

探讨了广义湿位涡理论及其倾向方程在暴雨落区预报方面的可应用性,为非均匀饱和广义湿位涡理论的业务应用提供了新的思路。 资料诊断结果表明, 非均匀饱和大气中的广义湿位涡虽然不具有守恒性, 但由于其体现了实际大气的非均匀饱和特性,尤其是水汽梯度效应的引入,使得广义湿位涡的异常在对流层低层能比较清楚地反映出暴雨发生时期的高水汽集中的特性和机制,有效地反映出暴雨区以及暴雨落区的变化。      

敦煌致洪暴雨的广义湿位涡分析

利用高空、地面定时观测资料、区域站降水资料、FY-2E红外云图和NCEP 1°×1°再分析资料,对2011年6月15-16日甘肃敦煌、阿克塞和肃北的一次历史罕见暴雨天气过程的影响系统、水汽条件、广义湿位涡及其倾向变化进行了分析.结果表明,这次暴雨是中高纬天气系统与低纬天气系统相互作用的结果.暴雨水汽来源于700 hPa新疆东部偏西气流输送和600 hPa附近河西走廊西部偏东气流输送.广义湿位涡正异常主要集中在850～750 hPa广义位温线密集区,这与实际大气水汽主要集中在低层是一致的,在一定程度上反映出暴雨期的水汽分布和水汽集中特征.800 hPa上广义湿位涡的正异常区基本与暴雨区一致,与湿位涡相比,广义湿位涡能更好地诊断出这次暴雨落区.广义湿位涡正异常大值区出现在绝对涡度异常大值区与大的相对湿度梯度相重叠的区域.单点广义湿位涡倾向异常值的负正、正负转换及峰值变化与降水开始、结束和雨强变化相一致.广义湿位涡除了可作为一个分析暴雨系统发生、发展的动力变量外,还可体现出暴雨时期高水汽集中的特点,在暴雨分析中有一定的优势.     

四川盆地西部两次极端暴雨的广义湿位涡诊断分析

利用ERA5 0.25°×0.25°再分析资料、MICAPS4的常规资料以及四川加密自动站逐时降水观测资料,对2020年8月11～13日和15～18日发生在四川盆地西部的两次极端暴雨过程的广义位温和广义湿位涡进行诊断分析。结果表明：两次暴雨过程均属于500 hPa“东高西低”型暴雨,中高层南亚高压、高空急流、西风槽和低层切变线、低涡等天气系统是两次暴雨有利的动力条件,低空急流则是暴雨区良好的水汽条件。两次过程暴雨区上空均存在强广义位温梯度区和强广义湿位涡异常区,“8.11”暴雨出现高度为800～900 hPa,“8.15”暴雨出现高度为700～800 hPa,这种分布与低层相对湿度含量密切相关,即相对湿度越高,广义位温垂直梯度越强,广义湿位涡异常区中心值越高。两次暴雨的强降水站点广义位温和广义湿位涡的时空演变和降水的时间演变均有较好的对应关系,但广义湿位涡强度与小时雨强并不存在明显的正相关关系。     

广义湿位涡在江淮流域暴雨分析和预报中的应用

利用中尺度数值模式MM5, 以6 h间隔的NCEP/NCAR 1°×1°的格点资料为背景, 加入新一代天气雷达 (CINRAD－SA雷达) 1 h间隔的反演风廓线资料和12 h探空、 3 h常规地面观测进行四维同化模拟得到的输出资料, 检验非均匀饱和大气中的广义湿位涡在2003年江淮流域暴雨动力指示方面的分析和预报能力。理论分析表明: 广义湿位涡综合体现了大气的动力、 热力及水汽作用, 相对于常用的温度、 湿度等物理量来说, 在一定程度上包含了风场、 温度场和湿度场的相互作用, 对实际非均匀饱和大气的热力变化和水汽影响有较好的反映。对模拟结果的诊断发现, 广义湿位涡倾向值的正负及强弱变化对暴雨落区预报和单站降水变化趋势预报都有一定的指示意义。利用NCEP/NCAR 1°×1°格点资料和气象台站观测的实况降水资料, 对1999年长江流域梅雨和2007年淮河流域大洪水时期的广义湿位涡及其倾向变化与区域平均降水变化的对比分析进一步表明了在持续性暴雨发生时期, 在大气中低层(主要在500 hPa以下), 确实持续存在广义湿位涡和广义湿位涡倾向的异常, 这种异常能在一定程度上反映出对应时期的水汽分布和水汽集中特征, 与降水量的变化是一致的, 而850 hPa以下的广义湿位涡倾向在一定程度上也能反映出降水的增强或减弱趋势, 即: 广义湿位涡倾向为正 (负) 异常时, 未来降水量可能增加 (减小), 因此, 广义湿位涡倾向可以定性地给出暴雨是加强还是减弱的强度趋势预报。类似于涡度、 湿位涡等其他动力变量, 广义湿位涡除了可作为一个分析暴雨系统发生发展的动力变量外, 还可体现出暴雨时期高水汽集中的特点, 在暴雨分析中有一定的优势。     

强暴雨系统中湿位涡异常的诊断分析

从动力上推导了热力、质量强迫下的湿位涡方程,阐明了在暴雨系统中引起的强降水会造成热力、质量强迫下的湿位涡异常。并用NCEP1°×1°的分析资料对1999年6月23日到6月26日引起长江流域暴雨的对流系统进行了湿位涡诊断分析,分析结果表明湿位涡异常高度主要出现在700~500 hPa之间,中心最大值可超过1.4 PVU。从动力和资料诊断两个方面均揭示出湿位涡异常区与强降水区有很好的对应关系。     

位涡理论及其应用

位涡是近代天气动力学的重要概念之一。本文主要对位涡理论的某些要点,包括位涡的概念、位涡的守恒性、位涡的分析、位涡思想、位涡反演、湿位涡及位涡理论的发展和应用等作一简要介绍。     

西北涡暴雨的湿位涡诊断分析

利用常规的探空和地面观测资料、NCEP格点资料以及中尺度MM5模式,对2000年7月4～5日发生在华北南部的一次西北涡大暴雨过程的湿位涡场特征进行了诊断和分析.结果表明,中尺度低涡暴雨的发生发展与湿位涡的时空演变有很好的对应关系,湿位涡＂正负区叠加＂的配置是低涡暴雨发展的有利形势.强降雨区发生在对流层低层正压项的正值区南侧零线附近,斜压项的最大负值区对暴雨的落区和移动有指示作用.     

“98·5”华南前汛期暴雨的湿位涡异常诊断:质量和热力强迫的数值分析

利用MM5输出的高分辨率资料对“98．5”华南暴雨的湿位涡进行了诊断分析，分析了质量强迫和热力强迫引起的湿位涡异常。结果揭示：降水区位于负湿位涡的下方，负湿位涡的趋势走向与降水区的一致。造成本次暴雨的成因中包括湿对称不稳定和对流不稳定两种机制，湿位涡MPV（moist potential vorticity）的分量MPV2对MPV起主要作用，其中主要是MPV2v的贡献。质量强迫和热力强迫共同作用引起湿位涡异常变化，它们的作用大小相当，在研究暴雨时，不可忽略因降水造成的质量强迫。     

西南低涡暴雨的湿位涡诊断分析

文章分析了１９８１年７月１１－１５日的一次与西南低涡有关的四川特大暴雨过程中的湿位涡变化,发现湿位涡由负变正预示着暴雨的威弱和消失;同时利用湿位涡方程进行了诊断计算,结果表明：暴雨的发展趋势与位涡变率的变化趋势基本一致,位涡变率的正负转换对预报大暴雨的形成和减弱有一定的指示意义。     

Application of Generalized Moist Potential Vorticity to the Analysis of a Torrential Rain Case

Considering the non-uniform saturation of the real atmosphere,a diagnostic study of a torrential rain event is performed from the perspective of the anomaly of the generalized moist potential vorticity(GMPV) after introducing the generalized potential temperature into the thermodynamic frame of the real atmosphere. The results show that the anomaly appeared at mid-lower levels of the troposphere when the torrential rain happened.Analysis of the magnitudes and locations of maximum values of the tendency o...     

On the Significance and Use of the Generalized Moist Potential Vorticity Equation

In this paper,the continuity and thermodynamic equations including moisture forcings were derived.Using these two equations and the basic momentum equation of local Cartesian coordinates,the budget equation of generalized moist potential vorticity(GMPV) was derived.The GMPV equation is a good generalization of the Ertel potential vorticity(PV) and moist potential vorticity(MPV) equations.The GMPV equation is conserved under adiabatic,frictionless,barotropic,or saturated atmospheric conditions,and it is closely associated with the horizontal frontogenesis and stability of the real atmosphere.A real case study indicates that term diabatic heating could be a useful diagnostic tool for heavy rainfall events.     

Anomaly of the Moist Potential Vorticity Substance with Mass Forcing and Its Application in Diagnosing Mei-Yu Front Rainfall

The effects of precipitation on the moist potential vorticity substance(MPVS) are investigated by analyzing the MPVS with precipitation mass forcing and its impermeability in daily 1°× 1° data of the National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research(NCEP/NCAR) over the Yangtze River Basin from 21 June to 2 July 1999. The results show that the positive MPVS anomalies appear mainly along the Mei-yu front, where the maximum MPVS collocates with the maximum surface rainfall. Rain case diagnoses indicate that the MPVS anomaly may be used as a dynamical signal to detect the location and shift of the rain band when its impermeability is considered.     

一次爆发性气旋的发展与湿位涡关系的研究

通过对一次陆地爆发性气旋的数值模拟与湿位涡的诊断分析发现，气旋的爆发与湿位涡的平流关系密切，气旋的发展并不是在湿位涡中心位于气旋上空时才开始，而是当湿位涡中心位于气旋的后部，并在200hPa对下有明显的倒圆锥形下伸区时，才有利于气旋的发展。当湿位涡中心位于气旋上空时，气旋发展开始减慢。湿位涡局地变化的大小与水平方向位涡梯度的大小有关。湿斜压位涡负值区的上下贯通与气旋发展也有明显的关系。     

位涡在暴雨成因分析中的应用

应用位涡理论，对1991年江淮地区一次特大暴雨过程中位涡及其有关物理量的分布特征进行了分析。结果表明:强降水总是落在干位涡比较小的地方和湿位涡负中心暖气流一侧，它和相对湿位涡的关系更直接。湿位涡斜压部分可清楚地反映湿斜压性对对流不稳定系统所起的作用。大气在湿位涡值比较小的区域对锋生强迫有更强的响应。     

湿位涡在"96.8"特大暴雨过程中的应用分析

1996年 8月 3～ 5日受减弱的 96 0 8号台风低压影响 ,河北省境内出现了自“6 3 8”以来的特大暴雨过程 (简称“96 8”特大暴雨 ) ,暴雨落区覆盖了太行山的东、西两侧。文中利用非静力中尺度模式MM5和常规观测资料运算结果 ,根据倾斜涡度发展理论 ,对台风减弱低压在北方产生强降水的“96 8”暴雨过程进行分析 ,发现湿位涡这一综合物理量对此类暴雨具有较好的指示意义 ,MPV1小于 0且MPV2大于 0的区域对应暴雨区。